摘要 OpenGL是一种三维图形开发标准，是从事三维图形开发工作的必要工具，其稳定性、可靠性、可扩展性等特点，赋予了其强大的生命力和应用前景，OpenGL已经广泛应用于在CAD/CAM/CAE、医学图像处理、虚拟现实、娱乐、广告等领域。本文就如何利用VB结合OpenGL来开发三维地质构造图的基本步骤进行了详细地介绍，其中对像素格式的设定以及光照和材质的设置进行了详细的描述。
1. 前言
曾经为了在计算机上实现一幅三维地质构造图，费尽周折，而结果却难以令人满意。而现在，因为有了 OpenGL这一切都变得简单了。1992年，OpenGL正式成为适用于各种计算机环境下的三维应用程序接口(3D API)。目前，它已经成为国际上通用的开放式三维图形标准。作为一个优秀的三维图形接口，OpenGL提供有丰富的绘图命令，利用这些命令能够开发出高性能、交互式的三维图形应用软件。然而，目前国内介绍OpenGL的实例都是利用VC或C++开发的，令众多计算机工作者望而止步，因而，本文特意选用了简单的VB开发工具结合OpenGL来开发三维地质构造图。希望对那些对OpenGL感兴趣的工作者有所帮助。
本文绘制出来的三维地质构造图可以绕X、Y、Z轴进行360度自由旋转，也可以进行自动旋转；并可以对三维图分别沿X、Y、Z轴进行比例缩放，也可以使三维图沿X、Y、Z轴三个方向同时进行相同比例缩放。
2. Win32环境下的OpenGL编程
1) 建立视图界面
．新建一个标准EXE工程；
．在部件中添加COMCTL32.OCX控件；
．在工程菜单下的引用子菜单下加入VBOpenGL库（vbogl.tlb）（可以到http://home.pacific.net.hk/~edx/tlb.htm网站下载）；
在窗体上放置部件，建立如下视图界面（图1所示）：
2) 创建设备描述表
．定义像素格式结构
| Dim pfd As PIXELFORMATDESCRIPTOR |
．描述像素格式
pfd.nSize = Len(pfd)--结构大小
pfd.nVersion = 1--版本号
pfd.dwFlags = PFD_SUPPORT_OPENGL Or--支持OpenGL
PFD_DRAW_TO_WINDOW Or --绘制到Windows
PFD_DOUBLEBUFFER Or --支持双缓冲区
PFD_TYPE_RGBA--RGBA颜色模式
pfd.iPixelType = PFD_TYPE_RGBA--像素格式类型
pfd.cColorBits = 16--所需的颜色索引位数
pfd.cDepthBits = 16--所需的深度缓冲区位数
pfd.iLayerType = PFD_MAIN_PLANE--主层类型
l 为设备描述表得到最匹配的像素格式，确定pfd结构是否存在
PixelFormat = ChoosePixelFormat(hdc, pfd)
If PixelFormat = 0 Then
MsgBox "设备描述表支持的像素格式" & vbCrLf & vbCrLf & _
"与给定像素格式不匹配！", vbCritical, "错误"
End
End If
|
．设置设备描述表的像素格式，把指定的像素格式赋给指定的设备
spf = SetPixelFormat(hdc, PixelFormat, pfd)
If spf = False Then
MsgBox "设置设备描述表像素格式失败！", vbInformation, "失败"
End
End If |
3) 创建绘图描述表
创建绘图描述表
| hGLRC = wglCreateContext(hdc) |
使之成为当前绘图描述表
| wglMakeCurrent hdc, hGLRC |
4) 设置绘图环境
允许深度比较
顶点逆时针方向定义的多边形为前面
设置绘图背景色
5) 定义光照和材质
打开光照，放置一个光源，定义光照模型
glEnable GL_LIGHTING
glEnable GL_LIGHT0
glLightModelf GL_LIGHT_MODEL_TWO_SIDE, GL_TRUE |
设置光源位置
Dim LightPos(3) As GLfloat
LightPos(0) = 1: LightPos(1) = 1: LightPos(2) = 1: LightPos(3) = 0
glLightfv GL_LIGHT0, GL_POSITION, LightPos(0) |
设置环境光
Dim Light_Ambient(3) As GLfloat
Light_Ambient(0) = 0.7: Light_Ambient(1) = 0.7
Light_Ambient(2) = 0.7: Light_Ambient(3) = 1
glLightfv GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, Light_Ambient(0)
|
设置漫射光
Dim Light_Diffuse(3) As Glfloat
Light_Diffuse(0) = 0.6: Light_Diffuse(1) = 0.6
Light_Diffuse(2) = 0.6: Light_Diffuse(3) = 1
glLightfv GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, Light_Diffuse(0)
|
设置镜面光
Dim Light_Specular(3) As Glfloat
Light_Specular(0) = 1: Light_Specular(1) = 1
Light_Specular(2) = 1: Light_Specular(3) = 1
glLightfv GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, Light_Specular(0)
|
设置材质属性
设置模型镜面光反射率属性
Dim SpecRef(3) As GLfloat
SpecRef(0) = 0.1: SpecRef(1) = 0.1
SpecRef(2) = 0.1: SpecRef(3) = 1
glMaterialfv GL_FRONT_AND_BACK,
GL_SPECULAR, SpecRef(0) |
设置材质镜面指数，它确定镜面光斑的大小和聚焦程度。取值1-128，该值越大，表面光泽越明显
| glMateriali GL_FRONT_AND_BACK, GL_SHININESS, 128 |
使用颜色跟踪法，设置模型前后面环境反射率和漫射反射率属性
glEnable GL_COLOR_MATERIAL
glColorMaterial GL_FRONT_AND_BACK,
GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE
|
6) 初始化颜色表
预先构造好颜色表。当读入高程数据时，可以根据Z值来访问颜色表，从而计算出该顶点的颜色（不同的高度层用不同的颜色显示）。
Private Sub InitColorTable()
'初始化颜色表
For i = 0 To 255
With ColorTable(i)
.R = 255 - i: .G = i: .B = 0
End With
Next i
For i = 256 To 510
With ColorTable(i)
.R = 0: .G = 255 - (i - 255): .B = i - 255
End With
Next i
End Sub
|
7) 从数据文件中获取数据
从data.txt文件中获取顶点数据。data.txt数据文件中第一行是构造图横向采样点的个数，第二行是构造图纵向采样点的个数，第三行为采样点的间距，第四行起为采样点的高度值。GetDataFromFile()过程从data.txt文件中读取数据，由于是等间距采样数据，所以顶点的X和Y坐标值可以直接计算出来，只有Z坐标值从数据文件中读入。获得顶点数据之后，计算出顶点的颜色，及填充三角形的法线矢量（用三角形序列填充）。
8) 设置窗口识见区和裁剪区
设置窗口识见区和修剪空间,保持坐标系到屏幕坐标的映射不变
glViewport 0, 0, w, h '定义视见区
glMatrixMode GL_PROJECTION '定义矩阵为投影矩阵
glLoadIdentity '用于在进行矩阵处理之前"复位"坐标系
If w <= h Then '定义修剪空间
glOrtho -2000, 2000, -1000* h / w, 2000* h / w, -10000, 10000
Else
glOrtho -1000 * w / h , 2000* w / h, -1000, 2000, -10000, 10000
End If
'告诉OpenGL将来的所有变换都会影响模型
glMatrixMode GL_MODELVIEW '定义矩阵为模型变换矩阵
glLoadIdentity |
9) 绘制三维地质构造图
先进行旋转、比例和平移变换，再根据顶点数据进行绘图，运行结果如图2所示。绘制出来的三维地质构造图可以绕X、Y、Z轴进行360度自由旋转，也可以进行自动旋转；并可以对三维图分别沿X、Y、Z轴进行比例缩放，也可以使三维图沿X、Y、Z轴三个方向同时进行相同比例缩放。
10) 把绘图描述表从线程上脱离并删除
Public Sub ReleaseGLRC(hGLRC As Long)
'把绘图描述表从线程上脱离并删除
If hGLRC <> 0 Then
wglMakeCurrent 0, 0
wglDeleteContext hGLRC
End If
End Sub
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3. 结束语
目前，计算机图形学已进入三维时代，三维图形在人们周围无所不在，三维图形在军事、航空、航天、医学、地质勘探、艺术造型和文化娱乐等方面都有着十分广泛的应用，而OpenGL是一种三维图形开发标准，是从事三维图形开发工作的必要工具，其稳定性、可靠性、可扩展性等特点，赋予了其强大的生命力和应用前景，OpenGL已经广泛应用于在CAD/CAM/CAE、医学图像处理、虚拟现实、娱乐、广告等领域，因而对于OpenGL的研究和应用有着重大意义。
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